LNG加氣站潛液泵的氣蝕現象與防治措施

汪國洪

（湖州三井低溫設備有限公司，浙江湖州 313000）

LNG加氣站潛液泵的氣蝕現象與防治措施

汪國洪

（湖州三井低溫設備有限公司，浙江湖州 313000）

潛液泵是LNG加氣站的重要設備，氣蝕對加氣站和潛液泵都有較大危害。探討了氣蝕對加氣站和潛液泵的影響，從氣蝕余量角度分析了氣蝕產生的原因，指出選擇抗氣蝕能力強的潛液泵，選用合適的儲罐和安裝方式，減小管路摩擦損失，增大氣蝕余量，加強對泵的操作管理等措施，能有效減少氣蝕現象的發生。

LNG加氣站；潛液泵；氣蝕

液化天然氣（Liquefi ed Natural Gas，LNG）是天然氣運輸和儲存的重要方式，作為一種清潔能源，近年取得了快速的發展。LNG加氣站的主要工作有：卸車、增壓和加氣等流程，每個流程都要用到潛液泵。然而，潛液泵經常發生氣蝕現象進而導致其不能正常運行，會引發揚程、流程、功率等大幅下降，長期氣蝕還會損害離心泵的葉輪、軸承等零部件，甚至造成離心泵報廢[1]。本文分析了氣蝕的危害與產生的原因，探討了氣蝕的防治措施。

1 氣蝕的危害

潛液泵發生氣蝕會對LNG加氣站的正常運行帶來危害，還會對離心泵自身造成磨損。

1.1對LNG加氣站的影響

發生氣蝕后，離心泵的流量會忽大忽小，泵口壓力隨之忽高忽低，除給輸氣管路系統造成沖擊外，還會造成LNG加氣機質量流量計計量不準確，造成車輛加不滿或者加過量；當車載LNG氣瓶壓力較高時，潛液泵需要較高的揚程來克服管路損失和氣瓶壓力，若此時發生氣蝕，加氣壓力會發生振蕩，可能引發自動停止加氣；在LNG卸車過程中，通常槽車儲罐底部與潛液泵處于同一水平高度大多數LNG，二者用流動阻力較大的軟管連接，且距離較遠、閥門較多，當快卸完時液位降低易引發氣蝕，造成卸車不干凈[2]。

1.2對潛液泵的影響

發生氣蝕時，天然氣氣泡的潰滅會撞擊葉輪、軸承等，產生不同頻率的振動與噪音，高頻振動又會進一步引發LNG氣化，造成惡性循環，這時泵軸受力不均，會出現偏心轉動，造成泵軸、軸承磨損嚴重；氣蝕產生的氣泡與葉輪摩擦，會使葉輪金屬表面出現麻點等現象，同時對螺栓、法蘭、管路等過流件造成損害，影響其密封性、光滑度和使用性能；當氣蝕現象比較嚴重時，離心泵的流量、功率迅速下降，甚至會出現空載，若電流低于保護電流下限一定時間，離心泵會自動停機。

2 氣蝕產生的原因

潛液泵的氣蝕余量（NPSH）是LNG的實際壓力與該溫度下LNG飽和蒸汽壓的差值。潛液泵運行過程中，若NPSH不足，在泵入口處形成低壓區，使得LNG沸點降低，進而出現劇烈汽化，潛液泵就抽到汽液混合物，造成氣蝕現象。NPSH的計算公式見式（1）。

式中，p為儲罐內氣壓，Pa；ph為泵入口處LNG液柱產生壓力，Pa；pf為管路摩擦壓力損失，Pa；ps為泵入口處LNG的飽和蒸汽壓。

造成NPSH下降的因素，即為產生氣蝕的原因。對上述參數逐一分析，p為儲罐內氣壓，通常不會變化；ph為儲罐中液面至泵入口處LNG液柱產生的壓力，因為儲罐和潛液泵的相對高度在設計安裝時就固定下來，加氣過程中液面會逐漸下降，ph會隨之變化，但幅度不大，例如：60m3的LNG臥式儲罐，ph的變化區間0.008～0.018MPa。一旦儲罐設計安裝好，這兩項的變化對氣蝕余量影響較小。

pf為管路摩擦壓力損失，管路中的彎頭、三通等裝置的摩擦作用，都會造成LNG壓力的損失。通常情況，管路是固定的，摩擦損失也是基本不變的，可以將pf視為常量。但是，管路不合理或出現故障時，會造成pf過大，影響氣蝕余量，在運行過程中要注意對管路的維護。

LNG的飽和蒸汽壓ps，根據Antoine方程，其受溫度影響，溫度升高，ps隨之升高[3]。LNG泵池的端蓋和管線，都需要做保溫處理，但內外溫差較大時，仍會有一部分熱量傳遞到泵池，造成LNG升溫；同時，潛液泵自身運行時也會放熱，熱量都傳至LNG。隨著溫度的升高，LNG的飽和蒸汽壓逐漸增大，當溫度上升到臨界點時，泵池內氣液相處于平衡狀態，超過臨界點后就造成NPSH為負值，發生氣蝕。

3 氣蝕的防治措施

3.1選擇抗氣蝕能力強的潛液泵

目前，國內生產潛液泵的廠家較多，盡管這些泵工作原理和性能參數相近，但在材料選擇、表面加工等方面還存在較大差異。因此，在對LNG加氣站進行設計和安裝時，要選擇設計科學、制造水平高、質量可靠的潛液泵。如，合適的葉輪直徑、葉片數、進口寬度、進口沖角等參數，流道表面光滑，附帶誘導輪的潛液泵能有防止氣蝕現象。

3.2選用合適的儲罐和安裝方式

儲罐一旦安裝后，其對氣蝕余量的影響無法改變，因此在設計安裝時要注意其合理性。通常，儲罐內液面距潛液泵入口的高度越大，其對應的ph也就越大，越不容易發生氣蝕。因此在選用儲罐時，有條件的話可以選擇立式儲罐，如果選擇臥式儲罐的話，可采取適當抬高儲罐高度的做法，通常可抬高1～1.5m。

3.3減小管路摩擦損失

儲罐與泵池之間的管路中，提高管路內壁的光滑程度減少對LNG流體的干擾，并盡量縮短管路的長度，盡可能地減少彎頭和閥門的使用，以減少局部阻力損失[4]；用球閥代替截止閥能有效降低閥門對LNG的流動影響；此外，在潛液泵運行過程中，閥門要處于全開狀態，盡量不用閥門的開啟程度來調節潛液泵的流量與揚程。

3.4增大氣蝕余量

泵入口LNG的飽和蒸汽壓ps對氣蝕余量影響很大。做好泵池和管路的保溫，泵池上蓋、法蘭、閥門等都要密封好，最好用有機發泡材料進行保溫，管路盡量使用真空夾套絕熱管，在使用發泡材料進行保溫時，可以適當增加保溫層的厚度，使保溫管不掛霜、不冒汗；對于泵池內溫度上升，可采取閃蒸的方式降低泵池溫度，具體操作是將泵池的進液和回氣閥關閉，使泵池的氣體放出，降低泵池內壓力，從而使LNG達到沸點，LNG閃蒸后吸走大量熱量，降低泵池溫度。

3.5加強對泵的操作管理

操作人員應經常對潛液泵及管路系統進行檢查，包括密封系統、保溫層等是否有損壞等，發現問題及時解決；在運行過程中，要根據潛液泵的揚程、泵體的振動和噪音情況進行識別，如潛液泵的揚程下降3%，能判斷氣蝕已經發展到一定程度[5]。另外，發生氣蝕時，潛液泵的振動和噪音出現異常，可以通過加裝振動傳感器來預判潛液泵的運行情況，發現異常采取相應的處理措施。

4 結束語

潛液泵是LNG加氣站的重要輸送設備，氣蝕現象嚴重影響著潛液泵的性能和加氣站的正常運行。本文分析了氣蝕對加氣站和潛液泵的危害，從氣蝕余量的角度探討了其產生原因；LNG加氣站的儲罐、管路和潛液泵的選型和安裝，對建成后抗氣蝕能力的影響都比較大，因此應在設計初期就將氣蝕問題考慮進去，選擇扛氣蝕能力強的潛液泵，合適的儲罐、管路及安裝方式；在運行時，要盡可能降低溫度保障泵入口處有較低的飽和蒸汽壓，以增大氣蝕余量，并加強對設備的檢查和管理，發現問題及時解決。

[1] 邰曉亮，陳杰，肖海濤，等.新型LNG裝車潛液泵設備研制及性能測試[J].石油與天然氣化工，2015，44（2）:51-59.

[2] 杜俠鳴，戰福帥，劉錫榮.液化天然氣加氣站低溫潛液泵進口管路布置討論[J].石油化工設備，2014，43（5）:57-61.

[3] 郭海濤，閆春穎.LNG 低壓輸送泵的安裝[J].石油工程建設，2013，39（1）:39-43.

[4] 羅資琴，任永平，陳叔平，等.LNG 低溫潛液泵結構及設計分析[J].低溫與超導，2012，40（7）:13-16.

[5] 李金波.離心泵的汽蝕現象及相應防止措施探討[J].石油化工設備技術，2011，32（6）:40-45.

Cavitation Phenomenon and Prevention Measures of LNG Filling Station Submersible Pump

Wang Guo-hong

Submersible pump is an important equipment of LNG fi lling stations，cavitation have greater harm to the gas station and submersible pump.This paper discusses the infl uence of fi lling stations and submersible pump cavitation，from the point of view of NPSH analysis the causes of cavitation，and points out that the selection of submersible pump with anti cavitation ability strong，choose a suitable tank and installation，reduce the friction loss of pipes，increasing cavitation allowance，to strengthen the management of the operation of pump etc.measures can effectively reduce the occurrence of cavitation phenomenon.

LNG station；submersible pump；cavitation

TE64

A

1003-6490（2016）01-0013-02

2016-01-10

汪國洪（1981）男，重慶墊江人，工程師，主要從事低溫離心泵的研發設計、服務工作。